管式加熱爐的優(yōu)化與維護(hù)

苗壯

【摘 要】管式加熱爐是石油化工行業(yè)中十分常用的加熱設(shè)備，如何維護(hù)使用好管式加熱爐是每一個(gè)石油化工企業(yè)生產(chǎn)管理的一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。因?yàn)榧訜釥t是直接關(guān)系到裝置生產(chǎn)穩(wěn)定的設(shè)備。并且一個(gè)企業(yè)的能耗能否控制好與加熱爐的合理優(yōu)化節(jié)能有直接關(guān)系。本文針對(duì)管式加熱爐的結(jié)構(gòu)、維護(hù)與優(yōu)化進(jìn)行介紹，希望能夠在管式加熱爐的管理和使用方面提供幫助。

【關(guān)鍵詞】管式加熱爐；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化；維護(hù)

一、管式加熱爐的組成部分及介紹

管式加熱爐一般由輻射室、對(duì)流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器和通風(fēng)系統(tǒng)等五部分組成，如下圖所示。其結(jié)構(gòu)通常包括：鋼結(jié)構(gòu)、爐管、爐墻（內(nèi)襯）、燃燒器、孔類配件等。下面針對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行逐一介紹：

1、基本結(jié)構(gòu)、爐膛與部件

爐膛與爐墻（爐襯）

爐膛即是加熱爐對(duì)爐管內(nèi)介質(zhì)加熱的地方。其主要由爐墻、爐頂和爐底組成。這三個(gè)地方又被叫做爐襯，只有保證爐襯完的好，才能夠保證加熱爐的平穩(wěn)運(yùn)行。爐襯要具備在高溫的情況下抗煙氣腐蝕的能力，同時(shí)還要有良好的保溫和密閉性。

管式爐的爐墻結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成，它們分別是耐火磚結(jié)構(gòu)、耐火混凝土結(jié)構(gòu)和耐火纖維結(jié)構(gòu)。其中耐火磚結(jié)構(gòu)又分為砌磚爐墻、掛磚爐墻和拉磚爐墻。拉磚爐墻是目前應(yīng)用比較廣泛的爐墻，尤其是溫度較高的管式加熱爐，如裂解爐和轉(zhuǎn)化爐。

2、輻射室

管式加熱爐的熱量傳導(dǎo)主要在輻射室內(nèi)進(jìn)行。整個(gè)加熱爐的熱負(fù)荷有七成以上在輻射室內(nèi)。位于輻射室內(nèi)的爐管通常也被稱為輻射管。輻射室是加熱爐中直接與火焰相接觸的地方，所以，對(duì)其使用的材料的耐高溫，耐腐蝕和穩(wěn)定性有很高的要求。

3、對(duì)流室

對(duì)流室通常位于輻射室的上方，也被設(shè)計(jì)放置于地面的形式。在對(duì)流室內(nèi)均勻的布置著加熱爐管，這些爐管通過(guò)吸收輻射室內(nèi)的煙氣熱量來(lái)對(duì)爐管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行加熱。為提高這些爐管的加熱效果，通常采用接觸面積大的頂頭爐管或翅片爐管。對(duì)流室內(nèi)的爐管所吸收的熱負(fù)荷約為總爐熱效率的二到三成。

二、管式加熱爐的技術(shù)指標(biāo)

管式加熱爐的技術(shù)指標(biāo)主要包括：熱負(fù)荷、爐膛體積熱強(qiáng)度、輻射表面熱強(qiáng)度、對(duì)流表面熱強(qiáng)度、熱效率、火墻溫度。

1、熱負(fù)荷

每一臺(tái)管式加熱爐在單位時(shí)間內(nèi)管內(nèi)介質(zhì)吸收的熱量稱為有效熱負(fù)荷，簡(jiǎn)稱熱負(fù)荷。管內(nèi)介質(zhì)所吸收的熱量用于升溫、汽化或化學(xué)反應(yīng)。熱負(fù)荷的理論值，可根據(jù)介質(zhì)在管內(nèi)的工藝過(guò)程（加熱、化學(xué)反應(yīng)）來(lái)計(jì)算。加熱爐的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷（Q）通常取計(jì)算熱負(fù)荷（Q）的1.15-1.2倍。熱負(fù)荷的大小表示爐子生產(chǎn)能力的大小。

2、爐膛體積熱強(qiáng)度

爐膛單位體積在單位時(shí)間內(nèi)燃料燃燒的放熱量，稱為爐膛體積熱強(qiáng)度。即

式中g(shù)v-爐膛體積熱強(qiáng)度，KW/m3；B-燃料用量，kg/h；Q1-燃料低熱值，kJ/kg燃料；V-爐膛（輻射室）體積，m3；gv值越大爐膛溫度越高，不利于長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，因此爐膛體積熱強(qiáng)度不允許過(guò)大，一般控制在1.16×102kW/m3以下。

3、輻射表面熱強(qiáng)度

輻射爐管單位表面積（一般按爐管外徑計(jì)算表面積）、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量稱為爐管的輻射表面熱強(qiáng)度gR，也稱為輻射熱通量或熱流率。gR表示輻射室爐管傳熱強(qiáng)度的大小。應(yīng)注意gR一般指輻射室所有爐管的平均值。由于輻射室內(nèi)各部位受熱不一致，不同的爐管以及同一根爐管的不同部位，實(shí)際局部熱強(qiáng)度相差很大。gR值越大，完成一定加熱任務(wù)所需的輻射爐管就越少，輻射室體積越緊湊，投資也可降低，所以要盡可能提高爐管表面熱強(qiáng)度。

4、對(duì)流表面熱強(qiáng)度

對(duì)流爐管單位面積在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量稱為對(duì)流表面熱強(qiáng)度。目前，加熱爐對(duì)流室多以釘頭管或翅片管代替過(guò)去的光管，以強(qiáng)化傳熱。釘頭管或翅片管的熱強(qiáng)度一般為光管的兩倍以上。

三、管式加熱爐的節(jié)能途徑和措施

管式加熱爐所使用的燃料占石化煉油企業(yè)日常生產(chǎn)中的60%-80%。更好的優(yōu)化加熱爐是公司節(jié)能減排的主要突破點(diǎn)。常用的節(jié)能途徑及措施有有很多種，下面針對(duì)常見的7種節(jié)能方法做以介紹。

1.優(yōu)化裝置的換熱系統(tǒng)

要減少加熱爐的能耗，首先要考慮的就是通過(guò)改變流程的方式來(lái)減小爐子本身的熱負(fù)荷。這一切要建立在保證裝置正常生產(chǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行。主要方法是通過(guò)合理的安排來(lái)增加爐子進(jìn)料溫度。當(dāng)介質(zhì)溫度增加后就可以適當(dāng)減少加熱爐燃料的使用。這樣一來(lái)，也就達(dá)到了節(jié)能的目的。

2.降低排煙溫度

降低排煙溫度的最主要方法是通過(guò)安裝各種用各種空氣預(yù)熱器來(lái)預(yù)熱空氣。

空氣預(yù)熱器一般都是自己的一套體系，因?yàn)樗ㄟ^(guò)回收煙氣的熱量來(lái)預(yù)熱空氣，所以改造和應(yīng)用的可行性較高。在不改變加熱爐本來(lái)的運(yùn)行情況的前提下，下圖為熱效率和空氣預(yù)熱溫度之間的關(guān)系。從中不難看出當(dāng)空氣溫度提高熱效率也在隨之升高。

隨著空氣溫度的提高，燃燒產(chǎn)物中的NOX增加，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)降低NOX，則對(duì)環(huán)保是不利的。但受燃燒器的構(gòu)成形式和材質(zhì)的限制，過(guò)高的空氣溫度會(huì)導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)的損壞和變形，從而影響加熱爐的正常使用，所以要依據(jù)燃燒器和燃油油噴嘴等設(shè)備材質(zhì)的特性合理的提高進(jìn)氣溫度。

3.用煙氣余熱鍋爐發(fā)生蒸氣

利用煙氣來(lái)加熱的余熱鍋爐系統(tǒng)是一種可以很好的回收煙氣內(nèi)余熱增加爐子效率的手段。例如我廠重整車間利用。

4、去灰除垢保證高的爐熱效率

加熱爐內(nèi)燃料燃燒不充分所產(chǎn)生的雜質(zhì)所形成的煙霧灰塵均會(huì)附著在對(duì)流室爐管和余熱回收系統(tǒng)（如熱管）的外表面，隨著這些塵垢的累積變厚，會(huì)大大的影響爐管的熱傳導(dǎo)效果，增加爐管的熱阻。造成受熱面積灰結(jié)垢的主要因素有：燃料品質(zhì)變重，含硫增高；吹灰器的選型與使用不當(dāng)，受熱面表面生成塵垢；爐負(fù)荷變化導(dǎo)致的燃燒質(zhì)量波動(dòng)性大。為保證加熱爐長(zhǎng)期在高效率下運(yùn)行，采取的主要措施有：在線投用清灰劑、用吹灰器定期清除積灰、干冰清洗與化學(xué)清洗。

四、加熱爐的日常檢查和維護(hù)要點(diǎn)

1、爐管和管支架配件的檢查：a爐管全體或局部有無(wú)發(fā)生顏色變化，爐管支架配件有無(wú)發(fā)生顏色變化。b火焰有無(wú)直接與爐管或管支架配件接觸。c爐管和管支架配件有無(wú)發(fā)生彎曲和變形。d爐管有無(wú)從管支架配件上開始松落或己松落。

2、燃燒器的檢查：a火焰的形狀、寬度、長(zhǎng)度、有無(wú)變化。b長(zhǎng)明燈是否完好。

3、爐壁（耐火材料）的檢查：耐火材料損壞時(shí)不僅絕熱性能變差，而且由于外殼的溫度上升，強(qiáng)度降低，會(huì)導(dǎo)致大的事故。檢查的主要內(nèi)容包括a爐內(nèi)的耐火材材料（爐的側(cè)壁、爐底等）中，有無(wú)燒得特別紅的。b爐內(nèi)的耐火材中，有無(wú)裂紋、脫落、向前凸出（局部因熱膨脹而脹起凸出）。

4、燃料氣系統(tǒng)的檢查：a要檢查燃料氣的原來(lái)壓力和燃燒器供給壓力，檢查燃料氣調(diào)節(jié)閥的開度，并通過(guò)增減燃燒器的臺(tái)數(shù)，調(diào)節(jié)適當(dāng)壓力。b燃料氣管路有無(wú)漏泄。c燃料氣管路的水蒸氣加熱管有無(wú)通入蒸汽。d燃料氣、排泄液分離器中有無(wú)積存排泄液。

5、通風(fēng)裝置的檢查：a檢查爐內(nèi)壓力，如果壓力為正，應(yīng)及時(shí)檢查通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。b檢查過(guò)剩空氣系數(shù)是否在允許范圍內(nèi)。

6、加熱爐儀表檢查：a爐膛溫度測(cè)量?jī)x表顯示是否正常。b煙道氣溫測(cè)量?jī)x表顯示是否正常。c油、氣溫度測(cè)量?jī)x表顯示是否正常。d加熱爐氧含量測(cè)量?jī)x表顯示是否正常等。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)管式加熱爐的結(jié)構(gòu)組成及工作原理并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要介紹了加熱爐優(yōu)化操作的幾種方法及日常維護(hù)的重點(diǎn)內(nèi)容。希望通過(guò)本文介紹能夠在加熱爐日常管理及優(yōu)化操作方面給予大家一定幫助。